DE1943338A1 - Kreiskolben-Verdichter - Google Patents

Description

Beschreibung der Erfindung

Kreiskolben-Verdicht er

Anmelder:

Borsig GmbH Berlin

und

Wankel GmbH Lindau

Die Erfindung betrifft einen Kreiskolben-Verdichter mit einer trochoidenförmigen Innenbegrenzung seines feststehenden Gehäuses und mit einem Drehkolben, der auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagert ist und so während seiner Drehbewegung mit seiner axialen Mittellinie eine Kreisbahn beschreibt.

Kreiskolbenverdichter der trochoidenförmigen Bauweise mit Schlupfeingriff sind im Gegensatz zu Drehkolbenverdichtern dieser Bauweise bisher nicht bekannt. Insbesondere bestand die Ansicht, daß bei derartigen Kreiskolbenverdichtern der unvermeidliche Aufwand für Exzenterwelle und Gegengewichte die erzeilbaren Vorteile überwiege und daß zudem zusätzliche Steuerorgane benötigt werden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige zusätzliche Steuerorgane zu vermeiden und ausreichend große Kanalquerschnitte zu ermöglichen und insbesondere den Auslaßkanal so auszubilden, daß die Auslaßstöße ausgeglichen und vermindert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für den Zutritt des Arbeitsmittels in an sich bekannter Weise Ansaugöffnungen in den Stirnwänden bzw. im Gehäuse de ekel und für den Auslaß des verdichteten Arbeitsmittels öffnungen in den Kolbenflanken und ein Kanal im Exzenter und im Exzenterzapfen vorgesehen sind, wobei dieser Kanal im Exzenter annähernd dessen gesamten lichten Durchmesser einnimmt und sich in Richtung auf den Auslaß im Exzenterzapfen spiralig verengt.

Durch diese spiralige Form des Exzenterinnenraumes wird das Arbeitsmittel in eine der Exzenterbewegung überlagerte Rotationsbewegung versetzt, in der es den zylindrischen Abflußkanal im Exzenterzapfen durchströmt und so ohne schädliche Wirbel-r bildungen aus dem Verdichtungsraum abfließt.

Diese Rotationsbewegung im Abflußkanal bleibt, wenn auch in abgeschwächter Form, in der Zeit erhalten, während der die Förderung des Arbeitsmittels bis zum Beginn des nächsten FörderStoßes aussetzt. Das Arbeitsmittel muß also bei Einsetzen

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des neuen Förderstoßes nicht aus dem Stillstand beschleunigt werden*, vielmehr muß seiner Tangentialbewegung eine Translationsbewegung lediglich als Komponente aufgezwungen werden. Die Stoßkraftverminderung läßt sich an der für die alte und neue Verfahrensweise unterschiedlichen Differenz der Geschwindigkeiten vor und während des FörderStoßes ermessen.

Es ist zweckmäßig, den sich spiralig verengenden Innenraum des Exzenters so anzuordnen, daß der als Leitwand für das Arbeitsmittel dienende Exzentermantelteil in Richtung auf die der Einlaßöffnung angewandte Seite zunehmend verdickt ist und einen zungenförmigen, in Fortsetzung der Spiralkurve der Innenwandung des Exzenters verlaufenden Fortsatz aufweist, der einen an der Strömung des Arbeitsmittels nicht teilnehmenden Pufferraum bildet.

Durch diesen zungenförmigen Fortsatz werden störende Zirkulationsströmungen im Exzenterinnenraum unterbunden. Der durch ihn abgetrennte Pufferraum führt durch die Elastizität seines Inhaltes zu einer Beruhigung der durch die Auslaßstöße hervorgerufenen Schwingungen des Arbeitsmittels. Die Anordnung der spiralenförmigen Leitwand hat zudem den Vorteil, daß die kinetische Energie des rotierend ausströmenden Arbeitsmittels für die Drehung der Exzenterwelle ausgenützt und so die sich sonst ergebenden Strömungsverluste zurückgewonnen werden können.

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Fur die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Exzenterraumes ist die Strömungsrichtung von Bedeutung, in der das Arbeitsmittel in ihn eintritt; und zwar liegen optimale Verhältnisse vor, wenn die Strömung auf den vorderen Teil der inneren Begrenzungswand in möglichst spitzem Winkel auftritt, um nicht dem Auslaß im Exzenterzapfen radial zuzuströmen. Es ist daher zweckmäßig, daß die in Drehrichtung des Kolbens vordere und hintere Kante der Auslaßöffnungen in den Kolbenflanken in Anpassung an den Winkel der spiraligen W Wandung des Exzenterraumes an dessen Eintrittsöffnung abgeschrägt sind.

Die Strömungsrichtung kann weiter durch verschiedenartige Anordnungen der Auslaßöffnungen im Kolben beeinflußt werden. So können die Auslaßöffnungen, wie an sich bekannt, aus den Mitten der Flanken des Kolbens in UmIaufrichtung verschoben, also asymetrisch angeordnet werden, dadurch ändern sich die aus dem hinteren bzw. dem vorderen Teil der jeweiligen Arbeitskammer abzuführenden Teilmengen, so daß die Strömungsrichtung im Auslaßfenster des Kolbens gleichfalls eine Änderung erfährt.

Eine Verschiebung der Auslaßöffnung in den voraneilenden Teil der Kolbenflanke gibt dem Strömungsvektor eine mehr tangentiale, eine Verschiebung in den nacheilenden Teil eine mehr radiale Richtung.

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Es hängt von der Größe und Gestalt der Auslaßöffnung sowie anderen Einflüssen ab, welche Auslaßanordnung die günstigste ist.

Um die vorgeschriebene Anordnung auch für hohe Druckverhältnisse, bei denen hohe Temperaturen des Arbeitsmittels auftreten, anwenden zu können, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung in den Arbeitskammern Düsen für Einspritzen von Kühlöl vorgesehen. Diese sind, umeine Kühlung während des Verdichtungsvorganges zu erzielen, zweckmäßigerweise im Bereich der achsnahen Zonen der Trochoide entweder im Mantel oder in den Seitenwänden des Gehäuses angeordnet. Mit dem Kühlöl können gleichzeitig die gleitenden Teile der Maschine geschmiert und die Arbeitsräume zusätzlich abgedichtet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und wird nachstehend näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kreiskolbenverdichter,

Fig. 2 einen radialen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teilquerschnitt in gleicher Ebene bei einer anderen Drehkolbenstellung und

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Pig. 4 einen Teilquerschnitt in gleicher Ebene * bei asymetrischen Auslaßöffnungen.

Das feststehende mehrfach unterteilte Gehäuse 1 der beispielsweise im Verhältnis zu 2/3 übersetzten Maschine, das auf seiner Innenseite durch die Trochoide 2 begrenzt wird, enthält einen Saugkanal 3» der zu den seitlichen Ansaugöffnungen 4- führt. Im Gehäuse ist die Exzenterwelle 5 mit Hilfe der Lager 6 und 7 gelagert. Die Exzenterwelle 5

P gliedert sich in den Antriebs zapfen 5a, den hohlen Exzenter 5b und den rohrförmigen Exzenter zapfen 5c, durch den das verdichtete Arbeitsmittel abgeführt wird. Auf dem Exzenter 5b ist der Kolben 8 gelagert. Er weist in seinen Flanken die Auslassöffnungen 9 auf, durch die das verdichtete Arbeitsmittel über die im Mantel des Exzenters befindliche Eintrittsöffnung 10 in den Hohlraum des Exzenters 5ΐ> eingeschoben wird. Die axiale Mittellinie des Kolbens läuft mit dem Exzenter 5b in Pfeilrichtung 11 auf einer Kreisbahn um, wobei der Kolben 8 mit Hilfe des 2/3 übersetzten, aus einem am Kolben 8 befestigten innenverzahnten Hohlrad 12a und einem mit dem Gehäuse fest verbundenen Ritzel 12b bestehenden Getriebes 12 eine zusätzliche Drehbewegung um seine Mittellinie vollführt. Die durch die exzentrische Lage des Kolbens 8 verursachte Unwucht wird durch Gegengewichte 13» 14· und durch die Wandverdickung des Exzenters 5b ausgeglichen.

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In Figur 2 befindet sich der Kolben 8 in der Stellung des "beginnenden Auslaßes des Arbeitsmittels aus der Arbeitskammer 15. Die Strömung des durch die Auslaßöffnung 9 ausgeschobenen Arbeitsmittels ist durch den Pfeil 16 gekennzeichnet, die im späteren Verlauf durch die spiralförmige Exzenterwand 5d und den anschließenden zungenförmigen Fortsatz 17 umgelenkt wird und in den Exzenterzapfen 15c tangential eintritt. Der auf der in der Zeichnung linken Seite des Exzenters zwischen der Eintrittsöffnung 10 und dem zungenförmigen Portsatz 17 gebildete Raum 5e liegt nicht im Strömungsfeld und wirkt daher ausschließlich als Pufferraum.

Figur 3 zeigt eine andere Stellung der rotierenden Teile, und zwar hat sich der Exzenter 5"b um 60° we it er gedreht, während sich der Kolben 8 gegenüber dem Exzenter 5 um 40° rückwärts und gegenüber dem Gehäuse 1„. um 20° vorwärts verdreht und dabei die obere- Totpunktstellung erreicht hat, bei der die Förderung aufhört und die Auslaßöffnung 9 schließt. Das in den hohlen Exzenter zapf en 5c eingeströmte verdichtete Arbeitsmittel nimmt eine reine Rotationsbewegung an, die von der aufgezwungenen kinetischen Energie mit abnehmender Intensität aufrechterhalten wird, bis der neue Förderstoß erfolgt. Die eigene Rotation des Exzenterzapfens kann dabei außer Betracht bleiben, da es nur auf die Relativgeschwindigkeit ankommt.

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Pig. 4- zeigt die Variante mit asymetrisch angeordneten Auslaßoffniingen 9 im Kolben 8 und zwar sind die öffnungen im vorauseilenden Teil der Kolbenflanke 8a untergebracht. Die gleiche Verschiebung hat die Eintrittsöffnung 10 im Exzenter 5b erfahren, so daß bei gleicher Kolbenstellung stets die gleiche Auslaßöffming vorhanden ist. Die Kolbenstellung in Pig. 4· ist die gleiche wie in Fig. 2. Die Strömungsrichtung in der Auslaßöffnung 9 ist durch den Pfeil 18 gekennzeichnet. Durch die Krümmung dieses Pfeiles wird angedeutet, daß die Förderung überwiegend aus dem hinteren vergrößerten Teil 15a der Arbeitskammer 15 erfolgt. Die Strömung muß also in stärkerem Maße tangential gerichtet sein. Eine bessere zeichnerische Darstellung dieser Tatsache ist dadurch erschwert, daß die Strömung in dem vorliegenden Beispiel bereits durch die Kante 5f des Exzenters abgelenkt wird.

Patent ansprü ehe

OFoOtNAL INSPECTED

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Bezugszeichenverzeichnis

1 Gehäuse

2 Trochoide

3 S augkanal

4 Ansaugöffnungen

5 Exzenterwelle 5a Antriebszapfen 5b Exzenter

5c Exzenter zapfen

5d Exzenterwand

5e Pufferraum

5f voraneilende Kante der Eintrittsöffnung

6 Lager der Exzenterwelle

7 Lager der Exzenterwelle

8 Kolben

8a Kolbenflanke

9 Auslaßöffnung in den Kolbenflanken

10 Eintrittsöffnungen im Exzenter

11 Drehsinn des Kolbens

12 Zahnradgetriebe 12a Hohlrad

12b Ritzel

13 Gegengewicht

14 Gegengewicht

15 Arbeitskammer

16 Strömungsrichtung des Arbeitsmittels

17 zungenförmiger Fortsatz

18 Strömungsrichtung des Arbeitsmittels Fig.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Kreiskolbenverdichter mit einer trochoidenförmigen Innenbegrenzung seines feststehenden Gehäuses und einem Drehkolben, der auf dem Exzenter einer Exzenterwelle gelagert ist und so während seiner Drehbewegung mit seiner axialen Mittellinie eine Kreisbahn beschreibt, dadurch gekennzeichnet, daß für den Zutrrtt

P des Arbeitsmittels in an sich bekannter Weise

Ansaugöffnungen (4) in den Stirnwänden bzw. im Deckel des Gehäuses (1) und für den Auslaß des verdichteten Arbeitsmittels Auslaßöffnungen (9) in den Planken des Kolbens (8) und ein Kanal im Exzenter (5t») "und im Exzenter zapf en (5c) vorgesehen sind, wobei dieser Kanal im Exzenter (5b) annähernd dessen lichten Durchmesser einnimmt und sich in Sichtung auf den Auslaß im Exzenterzapfen (5c) spiralig verengt.

2. Kreiskolbenverdichter nach Anspruch 1,

* dadurch gekennzeichnet, daß der als Leitwand

für das Arbeitsmittel dienende Teil der Exzenterwand (5d) in Richtung auf die der Eintrittsöffnung (10) abgewandte Seite zunehmend verdickt ist und einen in der Verlängerung der Spiralkurve der Exzenterwand (5d) verlaufenden zungenförmigen Fortsatz (17) aufweist, der einen an der Strömung des Arbeitsmittels nicht teilnehmenden Pufferraum (5e) bildet.

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3« Drehkolbenverdichter nach Anspruch 1, 2 dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung des Kolbens (8) vordere und hintere Kante des Auslaßöffnungen (9) in den Kolbenflanken (8a) in Anpassung an den Winkel der spiraligen Wandung (5d) des Exzenterraumes an dessen Eintrittsöffnung (10) abgeschrägt sind.

4-, Kreiskolbenverdichter nach Anspruch 1, 2, 3 dadurch gekennzeichnet» daß die die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels mitbestimmenden Auslaßöffnungen (9) in den Kolbenflanken (8a) in an sich bekannter Weise asymetrisch angeordnet sind, sich also in den voraneilenden oder in den nacheilenden Teiler der Kolbenflanken (8) befinden.

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